5. Технологія моделювання.

Перш за все обирають конкретний технологічний обєкт , записують стехіометричні рівняння реакцій, визначають електрохімічні еквіваленти компонентів, приймають конструктивні дані (обєм), відповідне струмове навантаження. Обирають (знаходять в літературі, конструюють самостійно, апроксимують, тощо) математичні моделі окремих елементів технології - функції В_Т( С^А, С^В, І,…), U(I) і вносять відповідні зміни в програму.

При моделюванні кожного варіанту завдання роблять декілька пробних запусків і оцінюють результати з точки зору коректності: потрібно так підібрати значення КТ, DT,TP, щоб

- одержати достатню (але не надмірну) кількість строчок (20-30)

- мати впевненість, що технологічний процес в ЕХА вийшов на стаціонарний режим (в 3-7 останніх строчках дані повторюються)

- початкова дільниця перехідного процесу мала достатню довжину (не менше 10-20 строчок, бо 2-4 точок мало, щоб побудувати якісні графіки).

Коли ці формальні ознаки коректності досягнуті, можна проаналізувати зміст результатів і точніше скоректувати вхідні дані, користуючись теоретичними міркуваннями про роботу ЕХА.

При моделюванні записувати:

1. всі вхідні дані – один раз,

2. кожного разу (кожний варіант завдання) –

• значення варіативного параметра

• динаміку зміни параметрів, які потрібні для аналізу процесу (в першу чергу концентрації, напругу, питомі вітрати енергії тощо)

• значення всіх інших параметрів в стаціонарному режимі (кінцеві значення).

6. Варіанти завдань

6.1. Побудувати графіки динамічних характеристик реагента і продукта (окремо) для декількох значень початкових концентрацій речовин С^А, С^В. Довести, що при будь-яких початкових значеннях С^А, С^В з часом вони асимптотично наближаються до одного і того ж стаціонарного значення, як на рис. 2. Пояснити, чому.

6.2. Спрощене рівняння динамічної характеристики для концентрації будь-якої речовини для умов J=J₁, B_T=const має вигляд експоненційної функції [1],показаної на рис.2:

, (16)

де вираз перед квадратними дужками – стаціонарна концентрація компонента при t.

Якщо на динамічній характеристиці обрати момент часу t = t_E  V/J_, то для цієї точки число в показнику експонент дорівнює одиниці і вираз (16) спрощується:

, (17)

і з нього видно, що значення концентрації кожного компоненту змінюється за час t _Е  V/J до величини від максимального інтервалу. Через те, що динамічні характеристики мають асимптотичну форму і не містять ніяких інших характерних точок, значенняt _Е  V/J розглядають як масштабну величину, яка характеризує тривалість перехідного процесу.

Побудувати серію динамічних характеристик процесу при різних значеннях об’єму апарата V. З графіків підрахувати тривалість перехідного часу t_E для всіх варіантів серії. Підрахунки виконати за схемою, показаною на рис.2: визначити з графіка точку на осі часу, таку, де на динамічній характеристиці зміна концентрації речовини складає приблизно 63% від максимального інтервалу (С₀-С_СТ). Побудувати графік залежності експериментально визначених значень t_E від відношення V/J, яке є теоретичною оцінкою тривалості перехідного періоду процесу. Показати, наскільки близько теоретична оцінка відрізняється від знайденої в модельних експериментах (при повній відповідності графік залежності t_E від величини V/J матиме вигляд прямої лінії під кутом 45^о (t_E= V/J ).

6.3. Перевірити відповідність між стаціонарними концентраціями речовини А або В , визначеними при моделюванні, та значеннями, які можна орієнтовно розрахувати з рівняння балансу в стаціонарному режимі роботи ЕХА

. (18)

Для цього виконати розрахунки для серій значень струму І, швидкості протікання розчину J, i побудувати графіки залежності стаціонарної концентрації від кожного з параметрів. Якщо є відхилення, пояснити.

6.4. Провести оптимізаційні розрахунки по моделі електролізу NaCl і визначити, як залежать питомі витрати енергії на електрохімічний синтез хлору в стаціонарному режимі роботи від швидкості протоку J і навантаження І. Побудувати серії графіків W(J, I=const), W(I,J=const), а за допомогою їх перетинів - поле ізоліній W=const на координатній площині (І,J).

6.5. Порівняти характеристики перехідного процесу в стандартних умовах – з запуском електролізу на режим при неповному заповненні електролітом ( V<V₀), зробити висновки.

Література

1. Кошель Н.Д. Материальные процессы в электрохимических аппаратах. Моделирование и расчет. Учебное пособие. Киев-Донецк, Головное издательство изд.объединения “Вища школа”. -1986.C. 182-187.

2. Кошель Н.Д.Моделирование на ЭВМ элементов электрохимической технологии. –Киев: УМК ВО. -1992. С.117-133.

3. Кошель М.Д. Теоретичні основи електрохімічної енергетики, Дніпропетрогвськ,

УДХТУ, 2002. С. 323-333.